小胶质细胞和巨噬细胞极化与多发性硬化症的研究进展

叶润发，王 淳综述，韩东河，金梅花审校

0 引 言

多发性硬化症(multiple sclerosis，MS)是炎症性脱髓鞘疾病，主要累及中枢神经系统(central nervous system，CNS)白质，其病理学特征为CNS炎症、神经胶质增生、脱髓鞘以及神经变性等[1]。实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE)是研究MS的理想动物模型，也表现与MS相似的病理学特征。在MS/EAE病理过程中，小胶质细胞和巨噬细胞起着至关重要的作用。小胶质细胞是CNS驻留性细胞，而巨噬细胞则是浸润性细胞。两种细胞均代表了CNS的吞噬细胞，参与生理平衡的维持、组织再生和炎症反应等[2-3]。在MS病变早期，被激活的小胶质细胞分泌促炎因子和趋化因子激活和募集炎性细胞(巨噬细胞、T细胞)浸润到CNS，并且分泌基质金属蛋白酶9(matrix metalloproteinase-9，MMP-9)破坏血脑屏障，有助于炎性细胞浸润[4]。浸润到CNS的巨噬细胞亦可释放促炎因子和趋化因子，分泌MMP-9，进一步促进炎性细胞浸润。而在MS后期，小胶质细胞和巨噬细胞可释放抗炎因子，有利于炎症的缓解和组织修复，这种变化与M1/M2细胞极化有关[5]。本文就小胶质细胞和巨噬细胞的来源、特性、功能以及其有效的调控方式作一综述。

1 小胶质细胞和巨噬细胞的来源

小胶质细胞和巨噬细胞均属于单核吞噬系统，曾经认为均来源于骨髓造血干细胞。近年来研究显示，小胶质细胞是由卵黄囊内的髓样前体细胞分化而来，并在胚胎早期迁移到CNS中[6]。而源自造血干细胞的单核细胞在局部自我更新能力不足时，才离开血液进入器官，分化为巨噬细胞[7]。实验证实，将卵黄囊来源的小胶质细胞样细胞移植入集落刺激因子1受体(colony stimulating factor-1 receptor，CSF1R)缺失的小鼠CNS中，其基因表达与小胶质细胞完全相同。造血干细胞来源的小胶质细胞样细胞则不表达小胶质细胞的特有蛋白Sall1，持续表达小胶质细胞不表达的蛋白Ms4a7[8]。在缺乏转录因子Myb的情况下，巨噬细胞发育受到抑制，小胶质细胞不受影响。而缺乏fms-内含子调节元件(fms-intronic regulatory element，FIRE)时，小胶质细胞的发育受到抑制，巨噬细胞则不受影响[9]。以上研究结果表明，CNS中的小胶质细胞和巨噬细胞来源不同，其特性和功能也不完全相同。

2 小胶质细胞和巨噬细胞的表面标志

位于CNS的小胶质细胞属于长寿命细胞。在正常生理环境下，小胶质细胞通过自我更新维持生理平衡，不需要血液循环细胞的参与[10]。而寿命较短的巨噬细胞则很少出现在正常CNS中。在静息状态下，小胶质细胞呈细长分枝状，激活后则变为阿米巴样。此时从形态上难以与巨噬细胞区分，只能通过表面标志筛选这两种细胞。常用的标志蛋白为CD45蛋白[CD45low(小胶质细胞)/CD45high(巨噬细胞)]。然而，当血脑屏障受损时，能够进入CNS的单核细胞、树突状细胞和中性粒细胞均高表达CD45[11]。因此，CD45表面标志筛选法在CNS炎症中对巨噬细胞的特异性不强。O'Koren等[12]在光致视网膜损伤实验中，成功以不同的细胞表面标志物分辨出小胶质细胞(CD11b+Ly6C-Ly6G-CD64+CD45lowCD11clowF4/80lowI-A/I-E-)和血源性巨噬细胞(CD11b+Ly6C-Ly6G-CD64+CD45+CD11c+F4/80+I-A/I-E+)，而这是否适用于EAE则有待验证。转录组学分析发现TMEM119、Sall1和P2ry12是小胶质细胞的特异性蛋白，但小胶质细胞被激活时，这些蛋白表达会下调[13]。在神经炎症高峰期，TREM-1蛋白只在巨噬细胞表达[14]，故TREM-1也有望成为区分小胶质细胞和巨噬细胞的标志蛋白。虽然多项研究显示小胶质细胞和巨噬细胞有明显的差异，但对两种细胞的准确分离方法尚未解决。

3 小胶质细胞和巨噬细胞的功能

在正常生理环境下，小胶质细胞参与生理平衡，有助于突触的可塑性以及清除碎屑。如在出生后早期，小胶质细胞可调节髓鞘的发生。在成人CNS中，小胶质细胞能分泌神经生长因子、脑源性神经营养因子、神经营养素-3和睫状神经营养因子等，有助于维持少突胶质细胞祖细胞的数量、少突胶质细胞分化和存活[15]。而巨噬细胞很少出现在正常CNS中。

在EAE诱导阶段，小胶质细胞先被激活，分泌多种促炎因子和趋化因子(TNF-α，IL-6、IL-23、IL-1β、MIP、CCL2、CCL3、CCL4、CCL5、CCL12、CCL22)，募集大量的炎症细胞(如巨噬细胞、T细胞)浸润，并促进T细胞分化(如Th17)，后者又进一步分泌大量炎症因子(如IL-17)[16]。浸润到CNS的巨噬细胞同样也分泌促炎因子和趋化因子，损害少突胶质细胞和神经元，最终导致脱髓鞘和组织损伤[17]。巨噬细胞和小胶质细胞激活后高表达MHC Ⅱ分子等抗原提呈相关分子，有助于抗原提呈以及活化浸润到CNS的T细胞[18]。在疾病恢复期，巨噬细胞可吞噬清除凋亡的细胞和组织碎屑，有助于髓鞘再生和功能恢复[17]。因此，小胶质细胞和巨噬细胞在疾病的不同阶段作用有所不同。

4 调节小胶质细胞和巨噬细胞的M1/M2极化对MS的影响

4.1 小胶质细胞和巨噬细胞的M1/M2极化小胶质细胞和巨噬细胞均具有经典活化(M1)和替代性活化(M2)两种极化表型。两种极化表型的细胞共存于MS疾病全过程中。在疾病早期以M1型极化为主。M1型细胞由IFN-γ、LPS、IL-12、TNF-α和GM-CSF等诱导[3，19]，高表达CD80、CD86、CD40和MHC II等抗原提呈相关分子，具有更强的抗原提呈能力[20]。同时，M1型细胞还可释放大量促炎因子(TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23)、趋化因子(CCL4、CCL5、CCL8、CXCL9、CXCL10、CXCL2、CXCL4)和细胞毒性物质(NO)，能够促进炎症反应、脱髓鞘、神经元的凋亡以及EAE的早期发展[21]。

在疾病后期，M2型极化处于主导地位。与M1型细胞相比，M2型细胞不具有细胞毒性，能释放抗炎因子有助于炎症消退和组织修复[20]。M2型细胞分为3个亚型，各个亚型的诱导因子和作用方式有所不同。IL-4、IL-13等诱导M2a细胞，其高表达CD206、FIZZ1、RELM-α、Arg1和Ym1等蛋白。M2a细胞通过调节NF-κB途径来抑制M1活化，并参与伤口愈合等过程[22]。M2b细胞由TLR和免疫复合物诱导。M2b细胞高表达IL-10 和COX2，上调CD86和MHC II并下调IL-2，起到负调节作用[23]。M2c细胞由IL-10、TGF-β和糖皮质激素诱导，其高表达CD163，也具有分泌IL-10和免疫抑制的作用[24]。

由于目前尚不能准确的筛选这两种细胞，小胶质细胞极化和巨噬细胞极化的不同点也有待深入研究。然而，最近有研究报道：在嗜神经冠状病毒感染诱导的脱髓鞘实验中，大多数的M2标志由巨噬细胞表达，而小胶质细胞仅表达一小部分，两者极化情况不完全一致[25]。由此推测，两种细胞在病理过程中的功能很有可能不完全相同。

4.2调节M1/M2极化影响MS的方式由于M1型细胞在MS发病过程中具有促炎作用，而M2型细胞参与抑制炎症和组织修复等过程，近年来研究关注探索调控M1/M2极化的方式。

4.2.1药物调节植物迷迭香的提取物鼠尾草酚(Carnosol)具有抗氧化作用。给EAE模型小鼠注射鼠尾草酚时，可减少M1型细胞，增加M2型细胞，并抑制Th17细胞分化，能显著改善EAE的症状[26]。预防性灌喂抗生素混合物(氨苄青霉素、甲硝唑、硫酸新霉素和万古霉素)，亦可减少EAE小鼠脊髓中M1型细胞的数量，降低发病率，并使症状得到明显缓解[27]。免疫调节药物来那度胺(Lenalidomide)，可通过IL-10→STAT3→IL-10正反馈促进M2极化，改善EAE。但来那度胺并不能抑制脂多糖诱导的M1极化[28]。腺苷酸环化酶的激动剂福斯科林(Forskolin)可与IL-4协同激活ERK通路，促进M2极化，并能直接抑制CNS中的致病性T细胞，抑制EAE的发展[29]。

4.2.2蛋白调节Cx30属于缝隙连接蛋白，在小鼠CNS研究中发现Cx30敲除能够减轻慢性EAE，增加幼稚小胶质细胞的数量，并且诱导更有效的M2极化[30]。促吞噬肽(Tuftsin)与其配体神经胶质蛋白1(Neuropilin-1，Nrp1)结合，激活小胶质细胞和巨噬细胞M2极化，还可介导小胶质细胞和调节性T细胞(regulatory T cell，Treg)之间的接触，促进后者释放TGF-β，抑制EAE的发病过程[31]。人脱落乳牙干细胞培养基具有再生活性和免疫调节作用，在EAE高峰时进行静脉注射，可显著改善小鼠的临床症状。其主要有效成分唾液酸结合Ig样凝集素9能与单核细胞趋化蛋白1协同诱导M2极化，但对T细胞的直接影响很小[32]。

4.2.3受体调节P2X4R是P2嘌呤能受体的一个亚型。体内外实验显示，阻断P2X4R信号可诱导大量M1型小胶质细胞，并且在P2X4R缺失的小胶质细胞上亦可观察到相似结果。而使用伊维菌素增强P2X4R信号，可诱导M2型小胶质细胞并显著改善EAE的临床症状[33]。盐皮质激素受体与配体结合转运至胞核，从而发挥转录因子的作用。小胶质细胞和巨噬细胞的盐皮质激素受体(mineralocorticoid receptor，MR)的缺失，可导致其向M2表型极化，使EAE的临床症状得到缓解，神经炎症组织学特征得到改善[34]。

虽然近年多项研究从不同层次和角度探索调节M1/M2极化、尝试改善或抑制MS症状，但大部分研究尚局限于动物模型，对其不良反应有待进一步研究。

5 结 语

CNS驻留性小胶质细胞和外周血源性巨噬细胞的来源、蛋白表达、以及功能均有许多异同点。在正常生理环境中，两种细胞有明显的差别。然而在病理环境中两种细胞的形态、标志和功能有许多相同点，增加了研究两种细胞的难度。小胶质细胞和巨噬细胞都具有M1/M2两种极化表型，在MS和EAE早期以促炎性M1型细胞为主，诱导并促进发病过程，而在疾病后期以抗炎性M2型细胞为主，发挥缓解炎症和组织修复的作用。两者之间的动态平衡影响疾病的发展方向。然而，目前尚未发现治疗MS切实有效的调节机制，很可能与无法有效区分两种细胞有关。综上所述，准确地分辨两种细胞，能为探索更有效的极化调控提供新的方向，开拓治疗或改善MS的前景。